5.[新课标·模型建构]上世纪人类制成了世界上第一盏用海浪发电的航标灯。它的气室示意图如图所示，其工作原理是利用海浪上下起伏将空气吸入气室，推入工作室后再压缩，然后推动涡轮机带动发电机发电。下列说法错误的是（）


A.当海水下降时，类似于汽油机的吸气冲程
B.当海水上升时，类似于汽油机的压缩冲程
C.推动涡轮气流，类似于手摇发电机的外力
D.整个工作原理，和四冲程汽油机完全一样

5.D

【分析】
要解决本题，需将海浪发电装置的工作过程与四冲程汽油机的冲程逐一对比，明确每个过程的特点：海水下降时对应吸气过程，海水上升时对应压缩过程，再结合各选项描述判断正误。
【解析】
逐一分析选项：
1. 选项A：海水下降时，活塞下移，气室容积增大，内部气压减小，阀门S₂开启、S₁关闭，外界空气进入气室，这是吸入空气的过程，与汽油机吸气冲程（吸入混合气）类似，A说法正确。
2. 选项B：海水上升时，活塞上移，气室容积减小，内部气压增大，阀门S₂关闭，气室内空气被压入工作室，这是压缩空气的过程，与汽油机压缩冲程（压缩混合气）类似，B说法正确。
3. 选项C：压缩后的空气具有能量，推动涡轮转动，涡轮转动带动发电机发电，压缩空气的能量是涡轮转动的外力，类似手摇发电机转动时的外力作用，C说法正确。
4. 选项D：四冲程汽油机的工作循环包含吸气、压缩、做功、排气四个冲程，而该海浪发电装置仅存在吸气、压缩过程，没有做功、排气冲程，因此与四冲程汽油机的工作原理并不完全一致，D说法错误。
【答案】
D
【知识点】
四冲程汽油机的工作冲程、气压与体积的关系、能量转化
【点评】
本题考查模型建构能力，要求将实际装置的工作过程与汽油机的冲程建立联系，易错点是误判装置与四冲程汽油机完全相同，需注意两者冲程数量的差异。
【难度系数】
0.5

6.一台四冲程内燃机转速为600 r/min,则（）

A.每分钟内做功150次,共有600个冲程
B.每分钟内做功600次,共有1 200个冲程
C.每秒钟内做功20次,共有10个冲程
D.每秒钟内做功5次,共有20个冲程

6.D

【分析】要解决这道题，需先明确四冲程内燃机的工作规律：飞轮每转动2周，完成1个工作循环，对应4个冲程，且对外做功1次。解题时先根据转速计算每分钟的做功次数、冲程数，再转换为每秒的对应量，最后逐一核对选项即可。
【解析】四冲程内燃机的工作规律：飞轮转动2周→1个工作循环→4个冲程→对外做功1次。
已知转速为600 r/min（每分钟飞轮转600圈）：
1. 每分钟做功次数：$ \frac{600}{2} = 300 $次；每分钟冲程数：$ 600 × 2 = 1200 $个；
2. 转换为每秒的转速：$ \frac{600}{60} = 10 $ r/s（每秒飞轮转10圈）；
3. 每秒做功次数：$ \frac{10}{2} =5 $次；每秒冲程数：$10 ×2=20$个。
逐一分析选项：A选项每分钟做功150次、600个冲程，错误；B选项每分钟做功600次，错误；C选项每秒做功20次，错误；D选项每秒钟做功5次、20个冲程，正确。
【答案】D
【知识点】四冲程内燃机的工作原理
【点评】本题考查四冲程内燃机的转速、做功次数、冲程数的对应关系，核心是掌握飞轮转数与做功、冲程的数量规律，需注意单位换算，属于基础概念题。
【难度系数】0.6

7.某台四冲程汽油机的转速为1 200 r/min，在1 s内汽油机对外做了次功。如果汽油机在某段时间内消耗了400 g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量为J。($q_{汽}=4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$)

7.10 $1.84×10^7$

【分析】首先，需掌握四冲程汽油机的工作规律：一个工作循环对应飞轮转2周，对外做功1次；其次，计算燃料完全燃烧放热时，要先统一质量单位，再利用热值公式计算。解题时先转换转速单位，再推导做功次数，最后计算汽油放热。
【解析】1. 转速转换：汽油机转速为1200r/min，换算为每秒转数：$ n=\frac{1200}{60}=20\ \mathrm{r/s} $。四冲程汽油机每2转对外做功1次，因此1s内对外做功次数：$ \frac{20}{2}=10 $次。2. 汽油质量换算：$ m=400\ \mathrm{g}=0.4\ \mathrm{kg} $，根据热值公式$ Q_{\mathrm{放}}=mq $，完全燃烧放热：$ Q_{\mathrm{放}}=0.4\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.84×10^7\ \mathrm{J} $。
【答案】10；$ 1.84×10^7 $
【知识点】四冲程汽油机的工作原理、燃料热值的计算
【点评】本题为热学基础题，核心考查汽油机做功次数与飞轮转数的关系，以及热值公式的应用，需注意单位换算的准确性，整体难度较低。
【难度系数】0.3

8.[跨学科·物理学与日常生活]冬天利用循环流动热水可为房间供暖，一段时间内提供的热水质量为1 000 kg、温度为60 ℃，出水的温度为40 ℃，则这段时间水向外界放出 J的热量。若这些热量全部由天然气完全燃烧提供，需要燃烧 m³天然气。[$c_{水}=4.2×10^{3}\ J/(kg·℃),q_{天然气}=7×10^{7}\ J/m^{3}$]

8.$8.4×10^7$ 1.2

【分析】
本题是热学中热量计算与热值应用的基础题，解题分两步：①根据水的质量、比热容、初末温度，利用放热公式计算水放出的热量；②因天然气燃烧放热等于水放出的热量，再根据热值公式计算所需天然气的体积。
【解析】
1. 计算水放出的热量：
已知水的质量$m=1000\ \mathrm{kg}$，比热容$c_{\mathrm{水}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$，初温$t_0=60℃$，末温$t=40℃$，温度变化$\Delta t=t_0-t=60℃-40℃=20℃$。
根据放热公式$Q_{\mathrm{放}}=cm\Delta t$，代入数据得：
$Q_{\mathrm{放}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×1000\ \mathrm{kg}×20℃=8.4×10^7\ \mathrm{J}$。
2. 计算需要燃烧天然气的体积：
由题意，天然气完全燃烧放出的热量$Q_{\mathrm{气}}=Q_{\mathrm{放}}=8.4×10^7\ \mathrm{J}$，天然气热值$q_{\mathrm{天然气}}=7×10^7\ \mathrm{J/m}^3$。
根据热值公式$Q_{\mathrm{气}}=Vq_{\mathrm{天然气}}$，变形得$V=\frac{Q_{\mathrm{气}}}{q_{\mathrm{天然气}}}$，代入数据得：
$V=\frac{8.4×10^7\ \mathrm{J}}{7×10^7\ \mathrm{J/m}^3}=1.2\ \mathrm{m}^3$。
【答案】
$8.4×10^7$；$1.2$
【知识点】
热量计算、热值计算
【点评】
本题结合生活供暖场景，将物理知识与日常生活结合，考查热学基础公式的应用，属于常规基础题，难度较低。
【难度系数】
0.3

9. 汽车以某速度在一段平直公路上匀速行驶27 km，消耗汽油2 L，汽油完全燃烧放出的热量为J；若汽油机的效率为30％，汽车的牵引力为N。（$q_{汽油}=4.5×10^7$ J/kg，$\rho_{汽油}=0.75×10^3$ kg/m³）

9.$6.75×10^7$ 750

【分析】
本题需分两步计算：第一步先通过汽油的体积和密度算出质量，再结合热值公式求出完全燃烧放出的热量；第二步利用汽油机效率算出有用功，再根据功的公式求出牵引力。解题时要注意统一单位，依次运用密度、热值、效率、功的相关公式。
【解析】
1. 计算汽油完全燃烧放出的热量：
已知汽油体积 $ V = 2\ \mathrm{L} = 2 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3 $，根据密度公式 $ \rho = \frac{m}{V} $，可得汽油质量：
$ m = \rho V = 0.75 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 2 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3 = 1.5\ \mathrm{kg} $
汽油完全燃烧放出的热量：
$ Q = mq = 1.5\ \mathrm{kg} × 4.5 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 6.75 × 10^7\ \mathrm{J} $
2. 计算汽车的牵引力：
汽油机效率 $ \eta = 30\% $，则有用功（牵引力做的功）：
$ W = \eta Q = 0.3 × 6.75 × 10^7\ \mathrm{J} = 2.025 × 10^7\ \mathrm{J} $
汽车行驶距离 $ s = 27\ \mathrm{km} = 27000\ \mathrm{m} $，根据功的公式 $ W = Fs $，可得牵引力：
$ F = \frac{W}{s} = \frac{2.025 × 10^7\ \mathrm{J}}{27000\ \mathrm{m}} = 750\ \mathrm{N} $
【答案】
$ 6.75×10^7 $；750
【知识点】
热值计算；效率与功的计算；密度公式应用
【点评】
本题综合考查热学和力学的基础计算，解题关键是熟练运用各物理公式并统一单位，属于中等难度的基础计算题，能较好地检验学生对相关公式的掌握程度。
【难度系数】
0.5

10. 甲、乙两辆汽车的热机效率$\eta_甲＜\eta_乙$，在水平高速公路上匀速行驶时动力相同。甲车行驶50 km消耗的汽油为4 L，则乙车行驶100 km消耗的汽油可能为（）

A.7 L
B.8 L
C.9 L
D.10 L

10.A

【分析】
解题思路：① 利用匀速行驶时动力相同，结合功的公式W=Fs，得出两车有用功的比例关系；② 结合热机效率公式η=W/Q放和燃料放热公式Q放=ρVq，推导汽油体积V与有用功W、效率η的关系；③ 根据已知η甲＜η乙的条件，计算乙车汽油消耗体积的范围，进而选出正确选项。
【解析】
设汽油的密度为ρ，热值为q，两车的动力均为F。
1. 有用功关系：匀速行驶时，有用功W=Fs，甲车行驶s甲=50km，乙车行驶s乙=100km，因此W甲=F×50km，W乙=F×100km，可得W乙=2W甲。
2. 体积推导：热机效率η=W有用/Q放，燃料放热Q放=ρVq，整理得V=W/(ηρq)（ρ、q为同种汽油的定值）。
3. 代入甲车数据：V甲=W甲/(η甲ρq)=4L，变形得W甲/(ρq)=4η甲。
4. 计算乙车体积：V乙=W乙/(η乙ρq)= (2W甲)/(η乙ρq)=2×(W甲/(ρq))/η乙=2×4η甲/η乙=8×(η甲/η乙)。
5. 范围判断：已知η甲＜η乙，故η甲/η乙＜1，因此V乙＜8L，选项中仅7L符合，选A。
【答案】
A
【知识点】
热机效率、功的计算、热值
【点评】
本题结合热机效率、功和热值知识点，考查公式推导与比例分析能力，关键是明确各物理量间的关系，难度适中，适合中等水平学生解答。
【难度系数】
0.5

11.双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料,以下说法正确的是 （）

A.燃料的热值越大,燃烧时放出的热量越多
B.以天然气为燃料,汽车发动机的效率可以达到100％
C.在压缩冲程中,燃料混合物的温度升高,内能增大
D.与天然气相比,汽油燃烧时对环境的污染较小

11.C

【分析】本题考查热学相关基础知识，需结合热值、热机效率、内燃机冲程、燃料对环境的影响等知识点逐一分析选项：①燃料燃烧放出的热量由热值和燃料质量（或体积）共同决定；②热机工作时存在能量损耗，效率无法达到100%；③压缩冲程中活塞对气体做功，内能增加；④天然气比汽油对环境污染更小。
【解析】A选项：燃料燃烧放出的热量公式为$Q=mq$（或$Q=Vq$），放出热量由热值和燃料质量（或体积）共同决定，仅热值大，若燃料质量小，放出热量不一定多，故A错误；B选项：热机工作时，废气带走部分热量、克服机械摩擦做功等，存在能量损耗，发动机效率不可能达到100%，故B错误；C选项：内燃机压缩冲程中，活塞压缩气缸内燃料混合物，对混合物做功，机械能转化为内能，混合物温度升高、内能增大，故C正确；D选项：天然气燃烧产物主要为二氧化碳和水，汽油燃烧会排放一氧化碳、氮氧化物等有害气体，对环境污染更大，故D错误。
【答案】C
【知识点】热值、热机效率、内燃机冲程
【点评】本题属于热学基础题，考查核心概念的理解与应用，难度较低，学生需准确掌握各知识点的内涵即可正确作答。
【难度系数】0.7

12.[新素材·现代科技]2024年11月，搭载燃氢发动机的国产大卡车成功下线，标志着我国自主研发的大马力燃氢发动机技术迈向实际应用。某次测试中该卡车行驶1 h，消耗氢气25 kg，发动机输出功率350 kW。已知氢气的热值为$1.4×10^8$ J/kg。求：
(1)氢气完全燃烧放出的热量。
(2)燃氢发动机的效率。

12.解:(1)消耗的氢气完全燃烧产生的热量 $Q_{放}=qm=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×25\ \mathrm{kg}=3.5×10^9\ \mathrm{J}$。
(2)$W_{有}=P_{输出}t=350\ \mathrm{kW}×1\ \mathrm{h}=350\ 000\ \mathrm{W}×3\ 600\ \mathrm{s}=1.26×10^9\ \mathrm{J}$,发动机的效率 $\eta=\frac{W}{Q_{放}}=\frac{1.26×10^9\ \mathrm{J}}{3.5×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=36\%$。

【分析】
本题分为两小问，第(1)问求氢气完全燃烧放出的热量，需利用热值公式$Q_{放}=qm$，已知氢气的热值和消耗的氢气质量，直接代入计算即可；第(2)问求燃氢发动机的效率，效率是有用功与总热量的比值，有用功由发动机输出功率和工作时间计算（$W_{有}=Pt$），总热量为第(1)问算出的$Q_{放}$，再代入效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%$求解，计算时需注意单位统一。
【解析】
解：(1) 根据热值公式$Q_{放}=qm$，氢气完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=qm=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×25\ \mathrm{kg}=3.5×10^9\ \mathrm{J}$；
(2) 先统一单位：$350\ \mathrm{kW}=350000\ \mathrm{W}$，$1\ \mathrm{h}=3600\ \mathrm{s}$，
发动机输出的有用功：$W_{有}=P_{输出}t=350000\ \mathrm{W}×3600\ \mathrm{s}=1.26×10^9\ \mathrm{J}$，
燃氢发动机的效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.26×10^9\ \mathrm{J}}{3.5×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=36\%$。
【答案】(1) $3.5×10^9\ \mathrm{J}$；(2) $36\%$
【知识点】热值计算、热机效率计算
【点评】本题结合现代科技素材，考查热值和热机效率的基础应用，属于常规计算题，掌握相关公式并注意单位换算即可解答，体现了物理知识在实际科技中的应用。
【难度系数】0.8